CCD基本工作原理.ppt

（ 2 ） 三相电阻海结构 为得到封闭的电极结构，采用的方法之一就是 引用硅栅结构 。 在氧化物层上沉积一层多晶硅，然后按要求对电极区域选择掺 杂 ( 硼或磷 ) ，形成图中的低阻多晶电极，电极间互连和焊接区 采用蒸铝来实现。 结构优点： 封闭式，性能稳定，成品率高； 缺点： 由于光刻和多晶硅定域掺杂 难以保证电极间高阻区很窄 ， 使得每个单元尺寸较大，这样的结构仅用于小型列阵器件。 （ 3 ） 三相交叠硅栅结构 三相交叠硅栅结构是常用三相交叠电极结构形式。 电极间窄间隙，又封闭 的电极结构。 三相交叠电极可以是多晶硅，也可以是铝金属，或 者两种混用。 （ 3 ） 三相交叠硅栅结构 三相交叠硅栅的形成工艺 ：先在硅表面生成一层高 质量的氧化物（栅氧），跟着沉积一层多晶硅，掺杂 后按规定图案光刻出第一组电极；而后再进行热氧化， 形成一层氧化物，再沉积多晶硅、掺杂，第二次光刻 出第二组电极；第三组电极形成方法与第二组电极相 同。 2 、 二相硅 - 铝交叠栅结构 为使 CCD 能在 二相时钟脉冲驱动 下工作，电极本身必须设计 成不对称性，在这种 不对称电极下产生体内势垒 ，即由电极本身 保证电荷能定向运动。 常用方法： 利用 绝缘层厚度不同的台阶 和离子注入产生的势垒 优点 ：二相时钟方法的时钟 驱动简单 。 缺点 ： 厚氧化层下面是阻挡势垒，不能存贮电荷，加之势阱势垒差减小， 所以，能够存贮在势阱中的 信号电荷量比三相时钟情况少 。 一相电极 3 、四相 CCD 四相 CCD 工作状态与三相器件、二相器件相比，较为 适合于 工作时钟频率很高的情况 ( 如 100MHz) ，此时驱动波形接近正弦波。 双重势垒相隔， 转移效率提高 4 、体沟道 CCD （埋沟道 CCD —— BCCD ） 前面讲的 CCD ，信号电荷是贴近氧化层界面的衬底内转移。 表面 CCD 存在如电荷转移速度和转移效率低等问题 。其主要原 因是受表面态和迁移率的影响。 设法 将信号的转移沟道移到半导体体内 ，即通过对转移沟道 进行离子注入，使势能的极小值离界面有一定距离。 两种来源： 光注入 （图像传感器） ＋ 电注入 Q in = ηq N eo A t c η 为材料的量子效率； q 为电子电荷量； N eo 为入射光的光子流速率； A 为 光敏单元的受光面积； t c 为 光的注入时间。 四、电荷的注入 —— CCD 的 MOS 电容器中信号电荷的来源？ １、光注入：分为正面照射式和 背面照射式 Q in = ηqA N eo t c 2 、电注入： 给 CCD 势阱中注入电荷 通过输入结构 对信号电压或电路进行采样 ，然后 转换成 信号电荷 注入到相应的势阱中。 ? ? ? ? 1 电压注入法结构 模拟 输入 信号 IG: 输入栅极； 当 CR2 为高电平时， 可将 ID 极看成 MOS 晶体管的源极， IG 为栅极， CR2 为漏极。 电流注入法结构 注入信号电荷与 U in 非线性关系 五、电荷的检测 ( 输出 ) — MOS 电容器中信号电荷最后咋输出？ 目前的 CCD 输出电荷信号主要是利用 电流输出方式 。 电路组成： 1 输出二极管反向偏置电 路。 由电源 U D 、电阻 R 、 衬底 p 和 N + 区构成的输出 二极管反向偏置电路，对 于电子来说， N + 区下面相 当于一个很深的势阱。 2 源极输出放大器 3 复位场效应管 T R 过程描述： 1. CCD 信号电荷向右转移到最后一 级转移电极 CR2 ； 2. CR2 电压由高变低，势阱抬高，信号电荷通过输出栅 OG 下的 势阱进入反向偏置的二极管中。在输出二极管反向偏置电路 上产生电流 I D ； 3. 电流 I D 造成 A 点电位发生变化，检测 A 点电位，可得到注入输 出二极管中的电荷量 输出电流 I d 与注入到二极管中的电荷量 Q S 成正比例关系。且 Q S 越大， I d 越大，从而 A 点电位就越低。 隔直电容只将 A 点的电位变化取出，然后通过放大器输出。 复位场效应管 T R 其作用： 迅速排空检测二极管的深 势阱中的剩余电荷，即对 深势阱进行复位，从而避 免前后两个电荷包重